Los investigadores han diseñado un dispositivo que utiliza la luz para manipular sus propiedades mecánicas. El dispositivo, que fue fabricado utilizando un metamaterial plasmomecánico, funciona a través de un mecanismo único que combina sus resonancias ópticas y mecánicas, lo que le permite oscilar indefinidamente utilizando la energía absorbida de la luz..
Este trabajo demuestra un enfoque basado en metamateriales para desarrollar un oscilador mecánico impulsado ópticamente. El dispositivo se puede utilizar potencialmente como una nueva referencia de frecuencia para mantener con precisión el tiempo en GPS, computadoras, relojes de pulsera y otros dispositivos, dijeron los investigadores. Otras aplicaciones potencialesque podría derivarse de esta plataforma basada en metamateriales incluye sensores de alta precisión y transductores cuánticos. La investigación fue publicada el 10 de octubre en la revista Fotónica de la naturaleza .
Los investigadores diseñaron el dispositivo basado en metamateriales integrando diminutas nanoantenas absorbentes de luz en osciladores nanomecánicos. El estudio fue dirigido por Ertugrul Cubukcu, profesor de nanoingeniería e ingeniería eléctrica en la Universidad de California en San Diego. El trabajo, que Cubukcu comenzó como unmiembro de la facultad de la Universidad de Pensilvania y continúa en la Escuela de Ingeniería Jacobs en la Universidad de California en San Diego, demuestra cómo se pueden utilizar las interacciones eficientes de la materia liviana para aplicaciones en nuevos dispositivos a nanoescala.
Los metamateriales son materiales artificiales que están diseñados para exhibir propiedades exóticas que no se encuentran en la naturaleza. Por ejemplo, los metamateriales pueden diseñarse para manipular la luz, el sonido y las ondas de calor de una manera que normalmente no se puede hacer con materiales convencionales.
Los metamateriales generalmente se consideran "con pérdida" porque sus componentes metálicos absorben la luz de manera muy eficiente. "El rasgo con pérdida de metamateriales se considera una molestia en las aplicaciones de fotónica y los sistemas de telecomunicaciones, donde tiene que transmitir mucha potencia. Presentamos unenfoque único de metamateriales aprovechando esta característica con pérdida ", dijo Cubukcu.
El dispositivo en este estudio se asemeja a un pequeño condensador, aproximadamente del tamaño de un cuarto, que consta de dos placas cuadradas que miden 500 micras por 500 micras. La placa superior es una membrana bicapa de nitruro de oro / silicio que contiene una matriz dehendiduras en forma, las nanoantenas, grabadas en la capa de oro. La placa inferior es un reflector de metal que está separado de la bicapa de nitruro de oro / silicio por un espacio de aire de tres micras de ancho.
Cuando la luz brilla sobre el dispositivo, las nanoantenas absorben toda la radiación entrante de la luz y convierten esa energía óptica en calor. En respuesta, la bicapa de nitruro de oro / silicio se dobla porque el oro se expande más que el nitruro de silicio cuando se calienta.de la bicapa altera el ancho del espacio de aire que lo separa del reflector de metal. Este cambio en el espacio hace que la bicapa absorba menos luz y, como resultado, la bicapa vuelve a su posición original. La bicapa puede absorber nuevamentela luz entrante y el ciclo se repite una y otra vez.
El dispositivo se basa en una resonancia óptica híbrida única conocida como resonancia Fano, que surge como resultado del acoplamiento entre dos resonancias ópticas distintas del metamaterial. La resonancia óptica se puede ajustar "a voluntad" aplicando un voltaje.
Los investigadores también señalan que debido a que el metamaterial plasmomecánico puede absorber la luz de manera eficiente, puede funcionar bajo una amplia resonancia óptica. Eso significa que este metamaterial puede responder potencialmente a una fuente de luz como un LED y no necesitará un láser fuerte para proporcionarla energía.
"Utilizando metamateriales plasmónicos, pudimos diseñar y fabricar un dispositivo que puede utilizar la luz para amplificar o amortiguar el movimiento mecánico microscópico con mayor potencia que otros dispositivos que demuestran estos efectos. Incluso una fuente de luz no láser podría funcionar en este dispositivo", dijo Hai Zhu, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Cubukcu y primer autor del estudio.
"Los metamateriales ópticos permiten la integración a nivel de chip de funcionalidades como el enfoque de luz, la selectividad espectral y el control de polarización que generalmente realizan los componentes ópticos convencionales como lentes, filtros ópticos y polarizadores. Nuestro enfoque particular basado en metamateriales puede extender estosefectos a través del espectro electromagnético ", dijo Fei Yi, un investigador postdoctoral que trabajó en el laboratorio de Cubukcu.
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Materiales proporcionados por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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